СИСТЕМЫКОМПЛЕКСНЫЕ

ащита линий электроснаб-жения – ключевой эле-мент системы безопасно-

сти. Предназначенная для повышения безопасности система не должна быть источником угроз, но на практике до-вольно часто встречаются «бикфор-довы шнуры», которые протянуты, например, к тому или иному видеоре-гистратору без соблюдения простейших норм ПУЭ, не говоря о требованиях Тех-нического регламента ФЗ-123.

К сожалению, не только монтажники, но и проектировщики систем безопасно-сти зачастую весьма далеки от осознан-ного расчета столь важной части проек-та, что хорошо видно по документации, которую различные заказчики выстав-ляют на торгах. Многие проектировщи-ки никогда не проходили аттестации Ро-стехнадзора на знание норм ПУЭ и ПТЭЭП, но проблема не только в этом.

Не менее существенным фактором является технологическая составляю-щая самих аппаратов защиты, в каче-стве которых используются автомати-ческие выключатели (АВ), их реальное качество в последнее время упало ниже допустимых значений, что усугубляется профанацией измерений, когда многие ЭТЛ оформляют протоколы даже без вы-езда на объект, о чем свидетельствует печальная статистика пожаров.

Совокупность всех этих факторов (неквалифицированные монтажники и проектировщики, падение качества ап-паратов защиты, профанация измерений ЭТЛ…) влечет весьма опасные послед-ствия для владельцев любых объектов.

Вероятно, многие разбирали в детстве утюг и находили в нем биметаллическую пластину, которая по мере нагрева отклю-чает электрический ток. За сто лет в элек-тротехнике почти ничего не изменилось и линии большинства объектов защищены таким же «дедовским» способом, который сам по себе просто не может считаться на-дежным и требует периодического вмеша-тельства персонала по той простой при-чине, что контактные соединения по мере увеличения и уменьшения протекающих токов разогреваются и охлаждаются, по-этому ухудшаются, что постепенно умень-шает вероятность срабатывания подобной защиты. Среди других сложных опасных проблем стоит отметить искрение, отсле-живать которое призваны аппараты AFCI (Arc Fault Circuit Interrupter), а также нели-нейных характер потребления современ-ными приборами с импульсными источни-ками питания, что существенно снижает работоспособность УЗО.

Требования Технического регла-мента ФЗ-123 МЧС существенно строже, чем требования ПУЭ. В эпоху импульсных источников питания прежними подхода-

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ –ОСНОВА БЕЗОПАСНОСТИ

Кукушин Николай Викторовичдиректор ООО СЕТИ ПЛЮС

Рис. 1. Китайские компоненты — техническая основа предпосылок пожара

63

АЛ

ГО

РИ

ТМ

БЕ

ЗО

ПА

СН

ОС

ТИ

№ 1

, 2

016КОМПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ

ляции одной из фаз (или полюса) ниже заданного значения, с последующим кон-тролем асимметрии напряжения при по-мощи показывающего прибора (с пере-ключением)».

Как известно, лидеры электротех-ники позиционируют свои выключа-тели для переменного и постоянного тока, но характеристик для постоянно-го тока не найти ни на одной из версий сайта (немецкая, английская и русская). В чем дело? Каким же образом проекти-ровать? Где найти время-токовые харак-теристики автоматических выключателей, например, для напряжения 48 В? Имеет-ся важная информация в каталоге АВВ: «В цепях постоянного тока с напряжени-ем до 60 В (до 125 В – с последователь-но включенными нагрузками) обычно ис-пользуются модульные автоматические выключатели S200 / S200M. При этом по-лярность не имеет значения, автомат мо-жет находиться как перед нагрузкой, так и за ней. В цепях постоянного тока с бо-лее высоким напряжением (до 440 В) не-обходимо устанавливать S280UC».

Многие проектировщики глубоко убеждены, что время-токовые характе-

гии контроля и защиты, позволяющие минимизировать риски собственника, в том числе влияние «человеческого фактора». Появилось замечательное оборудование, построенное на со-вершенно иных принципах, что дает надежду на существенное снижение рисков пожаров, связанных с элек-тропроводкой.

ПАРАДОКСЫПОСТОЯННОГО ТОКА

В системах безопасности, как пра-вило, используются источники питания постоянного тока с напряжением 12, 24 и 48 В. В Правилах устройства электро-установок (издание 6-е, 1985) в разде-ле «Контроль изоляции» п. 1.6.12 указа-но: «В сетях переменного тока выше 1 кВ с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью, в сетях переменного тока до 1 кВ с изолирован-ной нейтралью и в сетях постоянного тока с изолированными полюсами или с изо-лированной средней точкой, как прави-ло, должен выполняться автоматический контроль изоляции, действующий на сиг-нал при снижении сопротивления изо-

ми пользоваться уже стало рискованно. В частности, в отличие от ФЗ-123 нормы ПУЭ не требуют ставить УЗО в цепях осве-щения, что приводит к пожарам.

Иллюстрирующий проблему рисунок 1 демонстрирует, что происходит в светиль-нике при пробое дросселя, если электро-проводка была оборудована УЗО. Смысл работы УЗО состоит в том, что при появ-лении разницы в токах, протекающих по фазному и нулевому проводникам бо-лее чем на установленную величину, ли-ния должна быть отключена. Если бы ли-ния освещения не была оборудована УЗО, то легковоспламеняющийся светорассеи-вающий пластик стал бы прологом пожа-ра. Такова разница между ПУЭ и ФЗ-123. Но часто ли электрики читали ФЗ-123? Во-прос вовсе не риторический.

Почему УЗО является эффективным в противодействии пожарам? Электро-проводка обычно состоит из трех про-водов (фазный, нулевой и защитный). В плоских кабелях ВВГнг защитный проводник РЕ (желто-зеленый) распо-ложен между фазным и нулевым про-водниками.

Если вдуматься, то плоская кон-струкция кабелей по отношению к кру-глым кабелям дает значительно больше шансов для превентивного определения повреждения изоляции в кабеле. Рас-положение провода РЕ между фазным и нулевым проводами существенно по-вышает вероятность срабатывания авто-матического выключателя при повреж-дении кабеля, что проиллюстрировано на рисунке 3.

В плоском кабеле сопротивление изоляции между фазным и нулевым проводниками более чем вдвое боль-ше сопротивления круглого кабеля. Это дополняется тем, что при повреждении наиболее вероятна утечка электроэнер-гии на провод РЕ, которая сразу опре-деляется в УЗО.

В случае повреждения изоляции, ко-торая могла быть сдавлена, прокушена, ободрана и т. д., обычно возникает диф-ференциальный ток, приводящий к сра-батыванию УЗО. Если говорить о кабеле, то такие функции УЗО работоспособны только при наличии защитного про-водника РЕ, поэтому электропроводка должна быть трехпроводной, включая удлинители и тройники. Рисунок 4 по-ясняет, что УЗО может контролировать линию электропитания и без ее отклю-чения в тех случаях, когда отключение недопустимо. Этот небольшой пример поясняет, как УЗО вполне надежно сле-дит за состоянием изоляции кабелей, что позволяет существенно уменьшать риски и ОРеХ, увеличивая интервалы дорогостоящих услуг ЭТЛ неизвестно-го качества.

Выход именно в том, чтобы при-менять заведомо надежные техноло-

Рис. 2. Расположение проводников в плоском кабеле ВВГнг

Рис. 3. Преимущество плоского кабеля перед круглым

N PE

R из R из

R + R из

L

PE R изR из

R из

N L

Рис. 4. Пример применения УЗО на компонентах АВВ

64

АЛ

ГО

РИ

ТМ

БЕ

ЗО

ПА

СН

ОС

ТИ

№ 1

, 2

016

ристики при соблюдении данных усло-вий якобы не отличаются от аналогичных на переменный ток. Другие специалисты зачастую ошибочно полагают, что для по-лучения характеристик для 48 В посто-янного тока нужно умножить на 1,5 вре-мя-токовые характеристики, указанные для переменного тока с напряжением 220 В. Этот коэффициент установлен за-водом-производителем и действителен якобы для всего рабочего диапазона по-стоянного напряжения.

В действительности же этот множи-тель применим только к электромагнит-

ному расцепителю, а тепловой останет-ся прежним, как и для переменного тока.

Информацию по данным выключате-лям можно найти в каталоге АВВ в гла-ве 2. По ссылке на каталог System Pro M Compact, на стр. 349 файла pdf, либо стр. 12 / 2 бумажной версии каталога, пред-ставлены время-токовые характеристики на AC. На стр. 413 pdf, либо 12 / 66, указан коэффициент при работе автоматических выключателей серии S200 на DC (=1,5).

Думаю, что эти ссылки будут весь-ма полезны при проектировании систем безопасности.

ПРЕИМУЩЕСТВА АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ НА ЭФФЕКТЕ ХОЛЛА

Появились микросхемы с датчиком на основе эффекта Холла или просто датчики Холла, обладающие неоцени-мым и, пожалуй, непревзойденным по точности сенсором, который имеет одинаковые характеристики на посто-янном и переменном токе, что не тре-бует от электриков углубления в дебри науки и позволяет применять автомати-ческий выключатель по величине тока, которая указана на нем без поправоч-ных коэффициентов для время-токо-вых характеристик, о которых шла речь выше. Это не просто удобно.

В электротехнике важнее не столь-ко удобства, сколько простая и понятная адекватность защиты, без чего немину-ем пожар, а кабель горит сразу в не-скольких местах одновременно и очень быстро, намного быстрее, чем успеет прибежать кто-либо с огнетушителем. Приведенные выше время-токовые ха-рактеристики обычных автоматических выключателей показывают, что ошибка автоматических выключателей превы-шает 50 % для переменного тока и 75 % на постоянном токе. Поскольку разброс

60 В 0 В 125 В 0 В 125 В 0 В

Рис. 5. Максимально допустимое напряжение между проводниками в зависимости от количества полюсов и схемы подключения

Рис. 6. Время-токовые характеристики автоматических выключателей Рис. 7. Время-токовые характеристики автоматических выключателей с датчиком Холла

65

АЛ

ГО

РИ

ТМ

БЕ

ЗО

ПА

СН

ОС

ТИ

№ 1

, 2

016КОМПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ

параметров дополнительно составля-ет около 40 %, общая погрешность АВ на постоянном токе достигает 105 %. При таком огромном разбросе проек-тировщики вынуждены на ту же вели-чину увеличивать сечение кабелей, а за-казчики переплачивают вдвое.

Благодаря точности датчика Холла время-токовые характеристики (ВТХ), показанные на рисунке 7, не име-ют неустранимого для обычных авто-матических выключателей разброса, но по-прежнему состоят из трех ос-новных частей – отключение для пре-дотвращения теплового перегрева при превышении номинального тока в 1,13 раз (аналог теплового расцепи-теля), область превышающих номиналь-ный ток пусковых токов с ограничением их по времени и область токов, превы-шающих значения пусковых и корот-кого замыкания, где отключение про-изводится сразу (для 220 В величина не должна превышать 0,4 с в системах TN-C, п. 1.7.79 ПУЭ). При этом в автома-тическом выключателе на датчике Хол-ла не происходит сдвига ВТХ на посто-янном токе.

В современных линиях электроснаб-жения, которые в будущем планируется постепенно переводить на постоянный ток, где используемые в УЗО трансфор-маторы тока оказываются вовсе бес-сильны, актуальность датчика Холла бу-дет расти. Но и сейчас, когда в системах безопасности стали доминировать им-пульсные источники питания с нели-нейным характером потребления, УЗО на эффекте Холла несравнимо надеж-нее традиционных УЗО.

Соответственно, аппараты защиты, работающие на основе датчика Хол-ла, будут пользоваться все возраста-ющим спросом, потому что такие ав-томатические выключатели способны более чем в 50-75 раз точнее опреде-лять величины токов вне зависимости от формы тока постоянного и перемен-ного, что наиболее важно для обеспе-чения надежной защиты.

Добавим к этому, что на одном и том же базовом выключателе могут быть созданы любые время-токовые па-раметры, а это означает их многосерий-ность и надежность по всему спектру – одним ударом убиваются сразу тысячи «зайцев».

МАЛОИЗВЕСТНЫЕ АСПЕКТЫ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Современный автоматический вы-ключатель (АВ) состоит из двух ча-стей – электромагнитного расцепите-ля (ЭР) и теплового расцепителя (ТР).

ЭР представляет собой включаемый последовательно с нагрузкой тривиаль-ный соленоид с подвижным сердечни-ком, который вибрирует с амплитудой,

пропорциональной силе тока. Сердечник колеблется и бьет по затвору защелки, удерживающей расцепитель. При дости-жении, например, 10-кратной величи-ны номинального тока для характеристи-ки С, сердечник должен выбить затвор, и защелка перестанет удерживать рас-цепитель подобно тому, как это проис-ходило в сказке про Красную Шапочку, где нужно было дернуть за веревочку, чтобы дверь открылась. Иными слова-ми, конструкция напоминает обычную деревенскую калитку. При пробое изо-ляции соленоида, его чувствительность резко падает и при расчетной величи-не тока КЗ автоматический выключатель не сработает. Малейший заусенец, не-ровность, подделка – и защелка не сра-ботает, а кабель становится «бикфор-довым шнуром», сила горения которого будет зависеть только от присоединен-ной мощности.

ТР изготавливается по аналогии би-металлического терморегулятора утюга, при росте тока он выгибается и выталки-вает защелку, что приводит к отключению. Разумеется, чем выше плотность набивки щита, тем больше ложность срабатывания, потому что нагрев в соседних АВ будет су-щественно влиять. Из-за этого проекти-ровщики идут на еще большее увеличе-ние сечений кабеля, ведь им не заплатят больше за эффективность проектирова-ния щитов. Поэтому даже там, где для пе-ревозки одной коробки хватило бы «запо-рожца», все равно вызывают 12-тонный самосвал, так проще. Потребители, конеч-но, страдают, но они сами виноваты, раз выбрали таких проектировщиков.

ТР обладает еще одним негативным свойством. Чтобы его проверить, требу-

ется значительное время – около двух минут. Помножьте это время на количе-ство аппаратов защиты в щитах предпри-ятия и сразу поймете, какой должна быть минимальная стоимость услуг ЭТЛ. Боль-шинство владельцев крупных объектов, как и их главные инженеры, вряд ли смо-гут сказать точно, сколько в их электро-хозяйстве установлено автоматических выключателей. Поэтому они не могут со-риентироваться, сколько времени уйдет на измерения, чем и пользуются ЭТЛ, вы-давая цифры наобум. Следовательно, у проблем с пожарной безопасностью есть еще и экономическая сторона. Даже в тех случаях, когда заказчики не ску-пятся, проектировщики ставят в проекте одну величину АВ, а на практике элек-трик или монтажник «по многочислен-ным просьбам трудящихся» ставит зна-чительно большую величину. Но даже если номинал тока АВ соответствовал проекту, то при длительном протекании токов 0,8-0,9 величины происходит пе-регрев АВ, и его конструкция, изготов-ленная из пластика, меняется. Это зна-чит, что срабатывание такого АВ может оказаться невозможным из-за перегре-ва и искривления той самой «деревен-ской калитки». Такие дефекты должны отслеживаться при производстве изме-рений ЭТЛ, но они все чаще оформляют протоколы даже без посещения объекта.

Надежность ЭР и ТР давно вызыва-ет нарекания, что косвенно отражается в статистике пожаров из-за КЗ в электро-проводке. Защелка во многих АВ выпол-няется из пластика, качество которого по-требитель не имеет возможности оценить. Практика показывает, что даже с металли-ческими защелками происходит перегрев

Рис. 8. «Утюг перегрелся» по внутренним причинам

НО

ВО

СТ

И

ЮБИЛЕЙ НИКОЛАЯ АНДРЕЕВИЧА САМОЙЛОВА

Из своих 60‑ти 35 лет Николай Андреевич посвятил разработке и созданию различных систем охра‑

ны. Большое число специалистов рынка безопасности связывают с Николаем Андреевичем не только партнер‑ские отношения, но и личная дружба. Возглавляемая им фирма НПФ «Полисервис» разрабатывает и произ‑водит оборудование, которое пользуется заслуженным спросом у потребителей.

Николай Андреевич Самойлов родился 21 февраля 1956 года в Ленинграде, окончил Ленинградский инсти-тут авиационного приборостроения по специальности ра-диотехник. С 1979 по 1981 годы защищал небо Ленингра-да в войсках ПВО на РЛС.

Участие в разработке охранных систем начал в 1981 году в «Конструкторском бюро средств механизации». А с 1982 по 1985 годы в СКБ «Титан» проводил разработки по распоз-наванию образов в специальных телевизионных системах. 12 лет проработал в СКБ Аналитического приборостроения и его подразделениях, где занимался созданием оптиче-ских и инфракрасных проборов обнаружения.

С 1997 года и по настоящее время имя Николая Андрее-вича уже неразрывно связано с компанией «Полисервис».

Редакция журнала «Алгоритм безопасности» при‑соединяется к многочисленным поздравлениям кол‑лег и партнеров. От всего сердца желаем продолжения новаторской деятельности еще долгие годы. И конеч‑но, здоровья, мира и благополучия в семье, оптимиз‑ма и хорошего настроения.

66

АЛ

ГО

РИ

ТМ

БЕ

ЗО

ПА

СН

ОС

ТИ

№ 1

, 2

016

и перекос пластикового корпуса, если щит набит плотно и токи близки к номи-нальным автоматических выключателей. Со временем величины токов время-токо-вых характеристик в АВ смещаются впра-во, а с ними и спроектированная защита объекта, т. е. объект постепенно оказыва-ется уже без защиты и находится на грани пожара. Западные производители (АВВ, Siemens, Schneider, Schrack, Moeller) дела-ют защелки из металла, но гарантировать подлинность АВ, например, от АВВ воз-можно только на складе АВВ из-за огром-ного числа весьма искусных китайских подделок.

Оба компонента АВ вносят заметные потери около 3-5 Вт каждый (величины из каталогов АВВ, отечественные отлича-ются). Вдобавок, многие электрики уста-навливают АВ не только в фазную цепь, но и в нулевой провод, что увеличива-ет потери вдвое, т. е. по 10 Вт на линию. В погоне за дешевизной многие бюджет-ные организации поручали проектиро-вание и монтаж электрики отделочникам, в таких зданиях автоматические выклю-чатели бездумно установлены на входе и на выходе линии, в результате чего они несут потери в 4 раза больше, чем мог-

ли бы, если бы пользовались услугами нормальных проектировщиков. Добавим к этому многоярусность схем защиты, где каждый уровень наказывает потребите-ля на свои 3-10 Вт. В итоге потери могут превышать 15 %.

В автоматических выключателях на основе датчика Холла потерями мож-но действительно пренебречь, поскольку величина сопротивления датчика Хол-ла не отличается от прочих проводни-ков в щитовом оборудовании.

Умножьте 15 % на свои годовые за-траты на оплату электроэнергии и полу-чите величину выгоды от использования автоматического выключателя на датчи-ке Холла, не считая неоценимых преиму-ществ, связанных с надежностью.

ЦЕНА, РАЗМЕРЫ, ВЕС И МНОГОЧИСЛЕННЫЕ СКРЫТЫЕ ВЫГОДЫ

Отсутствие трансформатора и мало-надежных моточных изделий с сердечни-ками предопределяют малый вес, высо-кую повторяемость параметров и низкую себестоимость аппаратов защиты на ос-нове датчиков Холла при несопоставимо меньших размерах.

Как уже было отмечено выше, точ-ность автоматического выключателя позволяет более чем вдвое безопасно уменьшить требуемые сечения кабелей электропитания и тем самым уменьшить общий вес системы электропитания в не-сколько раз, что особенно актуально в связи с удорожанием меди.

ГЛАВНЫЙ АСПЕКТ АКТУАЛЬНОСТИ И УНИВЕРСАЛЬНОСТИ ДАТЧИКА ХОЛЛА

Разнообразие электротехнических компонентов огромно. В каталогах про-изводителей указано большое количе-ство автоматических выключателей, пре-дохранителей, УЗО и т. д.

Преимущества датчика Холла позво-лили создать один универсальный ком-понент, заменяющий сразу почти все, включая автоматические выключатели, УЗО, АВДТ, УЗДР, таймеры, ограничители тока и мощности, тепловые реле.

Нет сомнений в том, что такие аппараты защиты за счет своей бо‑лее высокой точности будут во мно‑го раз надежнее существующих.

Москва, ВДНХ, павильон №75